Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
Новосибирск
Novosibirsk
В растениях регуляция транскрипции трансгенов обычно осуществляется с помощью химических агентов. Безопасной альтернативой химически индуцируемым системам могут служить оптогенетические (т. е. светоиндуцируемые) системы. Бактериальная система BphP1-QPAS1 выгодно отличается от других оптогенетических систем, поскольку активируется ближним инфракрасным светом (БИК, 780 нм), выходящим за пределы спектра восприятия растительных фоторецепторов. Система BphP1-QPAS1 основана на использовании «расщепленного» транскрипционного фактора (ТФ), состоящего из ДНК-связывающего и димеризующего доменов дрожжевого ТФ Gal4, слитого с компонентом QPAS1, и трансактивационного домена VP16, слитого с BphP1. Под действием БИК света BphP1 взаимодействует с QPAS1, что приводит к сближению Gal4 с VP16 и запуску экспрессии репортерного гена. Основным препятствием для широкого использования оптогенетических систем в растениях является нежелательная активация таких систем при воздействии дневного (белого) света, который включает широкий спектр длин волн и жизненно важен для нормального роста растений. Решением проблемы нежелательной активации может стать временное удаление из ядра клетки одного из компонентов «расщепленного» ТФ при воздействии белого света. В данной работе мы модифицировали систему BphP1-QPAS1 для активации экспрессии репортерного гена в листьях табака Nicotiana benthamiana с помощью БИК света. Для этого мы комбинировали систему BphP1-QPAS1 с несколькими вариантами LOV домен-содержащих белков, активируемых синим светом (460–480 нм). Наилучшие результаты были достигнуты при комбинации компонентов системы BphP1-QPAS1 с доменом AsLOV2 из белка фототропин 1 Avena sativa, несущим на С концевой Jα спирали последовательность дегрона RRRG и запускающим деградацию химерного белка NES-Gal4-QPAS1-AsLOV2-RRRG при воздействии белого света. Такая модификация активировала систему BphP1-QPAS1 в листьях табака только при воздействии БИК света, но не в темноте либо при белом свете. Мы полагаем, что в будущем система BphP1-QPAS1 может быть применена для повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, вредителям, вирусным заболеваниям.
In plants, the regulation of transgene transcription is typically achieved using chemical agents. A safe alternative to chemically induced systems may be optogenetic systems. The BphP1-QPAS1 system has distinct advantages over other optogenetic systems, as it is activated by near-infrared (NIR, 780 nm) light, which is beyond the spectrum of plant photoreceptors. This system is based on the use of a split transcription factor (TF), consisting of the DNA-binding and dimerization domains of the yeast TF Gal4, fused to the QPAS1 component, along with the transactivation domain VP16 fused to BphP1. Under NIR light, BphP1 interacts with QPAS1, leading to the formation of the functional TF Gal4-VP16. A primary obstacle to using optogenetic systems in plants is their undesired activation under white light, which is vital for normal plant growth. A potential solution to this issue is temporarily removing one component of the split TF from the nucleus under white light. We modified the BphP1-QPAS1 system to activate reporter gene expression in Nicotiana benthamiana leaves using NIR light. We combined BphP1-QPAS1 with several variants of LOV domain-containing proteins activated by blue light (460–480 nm). The best results were achieved by combining the BphP1-QPAS1 system with the AsLOV2 domain, which carries the degron sequence RRRG at the C-terminal Jα helix and initiates the degradation of the chimeric protein NES-Gal4-QPAS1-AsLOV2-RRRG under white light. This modification induced the BphP1-QPAS1 system in tobacco leaves only under NIR light, but not in the dark or under white light. We believe that, in the future, the BphP1-QPAS1 system could be applied to enhance plant resistance to adverse environmental conditions, pests, and viral diseases.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.